鄭 平，王洪強(qiáng)

（華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310014）

0 前言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁。CFG樁與素混凝土樁的區(qū)別僅僅在于樁體材料的構(gòu)成不同，而在受力和變形特性方面沒(méi)有什么區(qū)別。它在樁體材料配比上比素混凝土樁更追求經(jīng)濟(jì)效益，在有條件的地方應(yīng)盡量利用工業(yè)廢料作為摻和料。

本文結(jié)合福建省莆田市某城市道路K0+580工點(diǎn)軟基處理，就CFG樁的設(shè)計(jì)過(guò)程作以簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1 CFG樁復(fù)合地基工作原理及適用性

CFG樁復(fù)合地基由樁、樁間土及褥墊層三部分構(gòu)成。樁與基礎(chǔ)通過(guò)褥墊層(如砂、碎石等)和基礎(chǔ)相聯(lián)系。褥墊層技術(shù)是CFG樁復(fù)合地基的一個(gè)核心技術(shù)，褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來(lái)的基底壓力通過(guò)適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土，使二者共同受力。同時(shí)土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土的側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來(lái)的荷載。

CFG樁由于自身的特點(diǎn)及加固機(jī)理，主要適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。同時(shí)，CFG樁復(fù)合地基屬于剛性樁復(fù)合地基，具有承載力提高幅度大、地基變形小等優(yōu)點(diǎn)，可適用于多種基礎(chǔ)形式，如條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)等。

2 工程概況

莆田某大道為城市主干道，路幅寬度70m，雙向八車道外加輔道的斷面形式，設(shè)計(jì)速度80 km/h。由于沿線分布有深厚的淤泥及淤泥質(zhì)土，軟基處理量較大。根據(jù)當(dāng)?shù)剀浕幚斫?jīng)驗(yàn)、施工工藝水平及本項(xiàng)目的進(jìn)度安排，采用振動(dòng)沉管CFG樁處理方案。

該工點(diǎn)樁號(hào)K0+580。區(qū)域的地貌類型屬海積平原，地勢(shì)高差較小，河道呈U型穿過(guò)此段落，該工點(diǎn)河道深約3m。場(chǎng)地內(nèi)自上而下土層為：（1）淤泥，厚度約 7.6 m；（2）淤泥夾砂，厚約 0.7 m；（3）殘積砂質(zhì)粘性土，厚約8 m。其中淤泥及淤泥夾砂具高壓縮性、易觸變、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，屬高壓縮性土，工程性能極差。殘積砂質(zhì)粘性土屬中壓縮性土，工程性能中等，可作為路基持力層。

3 設(shè)計(jì)步驟

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)主要確定5個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，分別為樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體強(qiáng)度、褥墊層厚度及材料。針對(duì)某一具體工程，樁長(zhǎng)、樁徑及褥墊層厚度是明確的。設(shè)計(jì)時(shí)，可事先假定設(shè)計(jì)參數(shù)值，若承載力及沉降滿足要求，表明假設(shè)成立，否則，需調(diào)整樁間距、樁體強(qiáng)度或樁長(zhǎng)。

（1）樁長(zhǎng)l。CFG樁復(fù)合地基要求樁端落在好的持力土層上，這是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。因此，樁長(zhǎng)是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)勘察報(bào)告，分析各土層，確定樁端持力土層和樁長(zhǎng)。本次設(shè)計(jì)要求樁端進(jìn)入殘積砂質(zhì)粘性土不少于0.5m。本工點(diǎn)包含河道回填厚度、淤泥層及淤泥夾砂層深度共11.3m，故樁長(zhǎng)取12m。

（2）樁徑d。CFG樁的樁徑取決于所采用的成樁設(shè)備，一般為350～600 mm。根據(jù)莆田地區(qū)成樁工藝，本次樁徑取400mm。

（3）樁間距 s。一般樁間距 s=3 d～5 d，也有振動(dòng)沉管成樁采用6 d間距。間距大小取決于設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力和變形、土性與施工機(jī)具。一般設(shè)計(jì)要求的承載力大時(shí)s取小值，但必須考慮施工時(shí)相鄰樁之間的影響，就施工而言希望采用大樁距大樁長(zhǎng)，因此的大小應(yīng)綜合考慮。本次設(shè)計(jì)樁間距取4 d，正三角形布置。

（4）樁體強(qiáng)度。原則上，樁體配比按樁體強(qiáng)度控制，樁體試塊抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：

式中：fcu——樁體混合料試塊（邊長(zhǎng)150mm立方體）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d立方體抗壓強(qiáng)度平均值，kPa；

Ra——單樁豎向承載力特征值，kN；

Ap——樁的截面積，m2。

本次樁體強(qiáng)度按C15混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)。

（5）褥墊層厚度。褥墊層厚度一般取15～30 cm，材料科用粗砂、中砂、碎石、級(jí)配砂石（最大粒徑不大于30mm）。本次設(shè)計(jì)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)、土性及樁間距，褥墊層厚度取60 cm。

3.2 復(fù)合地基承載力計(jì)算

3.2.1 單樁承載力特征值計(jì)算

當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將單樁極限承載力除以安全系數(shù)2；當(dāng)無(wú)單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，可按下式估算：

式中：μp——為樁的周長(zhǎng)（m）；

n——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qp、Ap——樁周第層土的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值（kPa）；

li——第層土的厚度（m）。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，各土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各土層設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)及有關(guān)參數(shù)

結(jié)合表1及設(shè)計(jì)參數(shù)，經(jīng)計(jì)算Ra=249（kPa）。

3.2.2 復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，CFG樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可按下式估算：

式中：fspk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；

fsk——處理后樁間土承載力特征值（kPa），宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap——樁的截面積（m2）；

β——樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值。

結(jié)合單樁承載力特征值，本工點(diǎn)范圍天然地基承載力平均約60 kPa，置換率為0.057，取0.8，可計(jì)算得出 fspk=158（kPa）。

樁體強(qiáng)度 fcu=5.95（MPa）

故樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)滿足要求。

3.2.3 承復(fù)合地基承載力的確定

復(fù)合地基承載力取值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮上部荷載大小，以確保上部荷載作用下地基穩(wěn)定為原則?？紤]到理論計(jì)算時(shí)取值參數(shù)的不精確性及土層性質(zhì)不確定性，為確保工程質(zhì)量的安全，并考慮施工過(guò)程中的諸多不可預(yù)見(jiàn)的對(duì)施工質(zhì)量不利的影響因素，對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行折減，折減系數(shù)取0.85，得到樁間距1.6 m的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值為134.5 kPa。本工點(diǎn)設(shè)計(jì)填土厚度約3.5m，考慮到本工點(diǎn)為橋頭段及路面荷載和安全儲(chǔ)備因素，因此設(shè)計(jì)樁間距1.6m的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值不小于130 kPa為合格。

3.3 沉降計(jì)算

由于中分帶寬8 m，考慮到遠(yuǎn)期交叉口車道拓寬的需要，可壓縮中分帶作為左轉(zhuǎn)及掉頭車道，本次設(shè)計(jì)進(jìn)行全斷面布樁。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，復(fù)合地基沉降采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算。

地基土總沉降S由瞬時(shí)沉降Sd、主固結(jié)沉降Sc和次固結(jié)沉降Ss三部分組成，

由于瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降的影響因素較復(fù)雜，實(shí)際計(jì)算時(shí)用沉降修正系數(shù)ms來(lái)反映瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降的影響，地基土總沉降為主固結(jié)沉降Sc與沉降修正系數(shù)ms的乘積，即：

其中：Ei為各計(jì)算土層的土體壓縮模量，加固層采用復(fù)合土體模量Eci，下臥層采用天然地基壓縮模量Esi。復(fù)合土體模量Eci等于天然地基土體壓縮模量Esi與模量提高系數(shù)ξ的乘積，即Eci=ξ×Esi。模量提高系數(shù)ξ為復(fù)合地基承載力特征值fspk與天然地基承載力特征值fak之比，即ξ=fspk/fak。ΔPi、ΔHi為各計(jì)算土層的平均附加應(yīng)力和土層厚度。

代入相關(guān)參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，該工點(diǎn)最終填土厚度與復(fù)合地基工后沉降量見(jiàn)表2。

表2 CFG樁處理前后地基工后沉降計(jì)算值

經(jīng)過(guò)CFG樁處理后，地基承載力得到大幅提高，沉降量大幅減小。

4 CFG樁施工

（1）施工工藝及程序

本項(xiàng)目成樁工藝為振動(dòng)沉管灌注樁施工工藝。CFG樁施工前應(yīng)具備“三通一平”的條件，試樁完成后，施工順序如下：樁位放樣→樁靴埋設(shè)→樁機(jī)就位→沉管至設(shè)計(jì)深度→管內(nèi)關(guān)注混合料→留振→樁管振拔至地表面→超灌成樁、樁封頂→樁機(jī)移位。

（2）施工時(shí)采取的措施

由于本工程土質(zhì)大多為淤泥及淤泥質(zhì)土，性能較差，為防止縮頸斷樁及竄孔現(xiàn)象，施工工程中嚴(yán)格控制拔管速度，采用靜壓振拔技術(shù)，即沉管時(shí)不啟動(dòng)馬達(dá)，將沉管沉至預(yù)定標(biāo)高，填滿料后再啟動(dòng)馬達(dá)振動(dòng)拔管，沉管過(guò)程中做好記錄。施工順序?yàn)楦魳短?，并?yán)格控制CFG樁的施工質(zhì)量，注意觀測(cè)打樁時(shí)地面是否發(fā)生隆起,因?yàn)閿鄻冻３：偷孛媛∑鹣嗦?lián)系。

當(dāng)CFG樁在鑿除浮漿后或由于1.5m以內(nèi)的淺部斷樁造成樁體頂面標(biāo)高低于設(shè)計(jì)樁頭底面標(biāo)高時(shí)，應(yīng)采用強(qiáng)度高出樁身一級(jí)的混合料進(jìn)行接樁。接樁部分的樁徑應(yīng)比設(shè)計(jì)樁徑大20 cm，與既有樁體的咬結(jié)長(zhǎng)度不小于20 cm。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）CFG樁復(fù)合地基不但可以使地基承載力得到大幅度的提高，而且具有沉降變形小、適用范圍廣、造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，其社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

（2）結(jié)合大量工程實(shí)踐，往往工后一段時(shí)期承載力和沉降并沒(méi)有得到保證。從安全角度出發(fā)，建議計(jì)算的復(fù)合地基承載力進(jìn)行折減，折減系數(shù)可取0.8左右。

（3）本工程針對(duì)淤泥質(zhì)土厚度較大的特點(diǎn)采用靜壓振拔技術(shù)、適當(dāng)增大樁間距等的做法是合理的，減少了竄孔及斷樁問(wèn)題。

（4）對(duì)于中分帶較寬的道路，是否全斷面布樁應(yīng)結(jié)合交通組織的需要進(jìn)行考慮。

[1]閆明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.

[2]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2002.

[3]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2002.